[더구루=오소영 기자] LG에너지솔루션이 '실리콘-카본 복합 음극재' 유럽 특허 획득에 나선다. 실리콘과 카본의 최적 조합을 찾아 부피 팽창 문제를 해결할 방안을 제시했다. 급성장하는 실리콘 음극재 시장의 주도권을 잡고자 선제적인 기술 포석에 나섰다.

2일 유럽특허청(EPO)에 따르면 LG에너지솔루션의 실리콘-카본 복합 음극재에 대한 특허는 실리콘-카본 복합체를 활용해 실리콘의 부피 팽창 문제를 해결하는 기술을 명시하고 있다. 실리콘은 흑연을 대체할 음극재 소재로 꼽힌다. 이론적으로 흑연이 탄소 6개당 리튬이온 1개를 저장하는 반면, 실리콘 음극재는 원자 1개당 리튬이온 4.4개를 저장할 수 있다. 결과적으로 실리콘 음극재를 사용할 때 배터리의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.

하지만 충·방전 시 실리콘이 리튬이온을 받아들였다 다시 내보내며 부피가 팽창한 후 줄어드는 문제가 있다. 반복적인 부피 변화는 배터리 성능 저하와 수명 단축을 일으킨다. 

LG에너지솔루션은 이를 해결하고자 실리콘에 카본을 결합했다. 라만 분광법(물질에 레이저를 쏴 파장 변화를 분석하고 분자 구조와 결합 상태 등 물질의 특성을 확인하는 검사)을 통해 실리콘과 카본이 결합한 상태를 정량적으로 규정하고, 최적의 결합 조건을 제시했다. LG에너지솔루션은 유사한 특허를 한국과 중국, 세계지식재산기구(WIPO)에도 출원했다.

시장조사기관 SNE리서치에 따르면 실리콘 음극재는 2024년 약 2만6000톤(t)에서 2035년 29만5000t으로 성장할 전망이다. 차세대 음극재 소재로 실리콘이 각광받으면서 업계의 기술 확보 경쟁은 치열하다. 앞서 CATL도 미국과 유럽, 중국에서 실리콘 음극재를 활용해 배터리 수명과 성능을 개선하는 방법에 대하 특허를 냈었다.

LG에너지솔루션은 실리콘 음극재 기술을 선제적으로 확보하고 미래 시장을 준비한다는 전략이다. LG에너지솔루션은 지난 2019년 실리콘 5%의 음극재를 세계 최초로 순수 전기차에 적용했으며, 2021년에는 미국 샌디에이고 대학교(UCSD)와 '마이크로 실리콘 음극재'를 적용한 장수명 전고체배터리를 개발했다. 지난 2024년 말에는 연세대학교 공동 연구팀과 무기물 기반의 고강도 분리막을 설계해 실리콘 음극재의 부피 팽창을 완화하는 방안을 발견했다. 해당 기술이 적용된 배터리는 고속 충·방전을 400회 진행한 후에도 88% 이상의 우수한 용량 유지율을 보였다.